一种甲烷高温辅助制合成气的电解池制造技术

本实用新型专利技术涉及甲烷高温辅助制合成气的电解池，包括：阴极极板、阴极层、复合电解质层、阳极层、阳极极板和直流电源，阴极极板、阴极层、复合电解质层、阳极层和阳极极板依次布置；直流电源的正负极分别接阳极层和阴极层，阴极极板上设置阴极出气口和两个阴极进气口，两个阴极进气口分别进气二氧化碳和氧气；阳极极板上设置阳极出气口和阳极进气口，阳极进气口进气为甲烷。效果为：两个阴极进气口分别进气二氧化碳和氧气，二氧化碳和氧气在阴极层得到电子生成碳酸根离子，同时碳酸根离子在复合电解质层进行分解生成氧离子，氧离子传导至阳极层，与阳极进气口所通入的甲烷反应生成合成气，可实现二氧化碳和甲烷气体的转化，实现温室气体重复利用。室气体重复利用。室气体重复利用。

An electrolytic cell for methane high temperature assisted synthesis gas

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷高温辅助制合成气的电解池


[0001]本技术涉及电解
，具体涉及一种甲烷高温辅助制合成气的电解池。

技术介绍

[0002]甲烷是一种清洁且廉价的碳氢化合物资源，可从可用天然气，页岩气和天然气水合物中获得。近些年随着原油的消耗和可燃冰探明的储量越来越多，如何有效利用甲烷成为研究热点。固体氧化物电解池(SOEC)可以有效的利用可持续的电能和废热能，具备转换效率高、转换反应的速率快、模块化易组装、无污染、成本低等优点，是一种极具前景的能量转化技术。SOEC可以将H2O或CO2转化为H2或合成气，与甲烷部分氧化过程进行耦合(CH4‑
SOEC)可以降低能耗、提高转化效率。但是在碳氢化合物燃料气氛下，CH4‑
SOEC面临最严重的挑战是电极的积碳。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种高温燃料电池，是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池，其电解质是熔融态碳酸盐。MCFC运行温度高，具备催化甲烷部分氧化的条件，同时液相反应界面的引入可以消除甲烷催化界面积碳的风险。但是MCFC高温条件下液体电解质的管理较困难，长期操作过程中，腐蚀和渗漏现象严重，降低了电池的寿命。
[0003]因此，现有技术中的SOEC和MCFC功能单一，都存在一定缺点导致商业化发展缓慢，需要改进现有技术、找到一种既能实现高甲烷转化效率又低能耗、性能稳定的能量转换装置。

技术实现思路

[0004]本技术所要解决的技术问题是提供一种甲烷高温辅助制合成气的电解池，以克服上述现有技术中的不足。
[0005]本技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种甲烷高温辅助制合成气的电解池，包括：阴极极板、阴极层、复合电解质层、阳极层、阳极极板和直流电源，阴极极板、阴极层、复合电解质层、阳极层和阳极极板依次布置；直流电源的正负极分别接阳极层和阴极层，阴极极板上设置阴极出气口和两个阴极进气口，两个阴极进气口分别进气二氧化碳和氧气；阳极极板上设置阳极出气口和阳极进气口，阳极进气口进气为甲烷。
[0006]在上述技术方案的基础上，本技术还可以做如下改进。
[0007]进一步，复合电解质层包括：氧离子传输层和碳酸根离子传输层，阴极层、碳酸根离子传输层、氧离子传输层和阳极层依次布置。
[0008]进一步，碳酸根离子传输层为镧锶镓镁
‑
碳酸盐电解质层；氧离子传输层为镧锶镓镁材料层。
[0009]进一步，阳极层采用多孔SDC
‑
LSCM材料，阴极层为两面分别涂有NCAL和SDC
‑
LSCM的泡沫镍，阴极层具有NCAL的一面与碳酸根离子传输层相接触。
[0010]进一步，阴极极板与阴极层相接触的一面设有气体流通的通道。
[0011]进一步，阴极极板与阴极层之间和阳极极板与阳极层之间均设置穿孔集流板。
[0012]进一步，阴极极板和阳极极板均为金属极板。
[0013]进一步，还包括箱体，阴极层、复合电解质层和阳极层位于箱体内。
[0014]进一步，箱体上设置有通孔。
[0015]进一步，阴极出气口通过气路与阴极进气口相连。
[0016]工作原理为：
[0017]两个阴极进气口分别进气二氧化碳和氧气，二氧化碳和氧气在阴极层得到电子，电解作用下生成碳酸根离子，同时碳酸根离子于复合电解质层内在高温环境中不稳定，分解生成二氧化碳和氧离子，氧离子传导至阳极层，与阳极进气口所通入的甲烷反应生成合成气，并失去电子；
[0018]本技术的有益效果是：
[0019]结构简单，可实现大规模生产运用；
[0020]可以实现甲烷辅助高温CO2电解，实现降低能耗；
[0021]阳极侧产生高附加值产物合成气，解决环境问题的同时减少能源危机，在推进高温电解技术商业化等方面具有巨大潜力。
附图说明
[0022]图1为本技术所述甲烷高温辅助制合成气的电解池的结构图。
[0023]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0024]1、阴极极板，110、阴极出气口，120、阴极进气口，2、阴极层，3、复合电解质层，310、氧离子传输层，320、碳酸根离子传输层，4、阳极层，5、阳极极板，510、阳极出气口，520、阳极进气口，6、直流电源，7、箱体，710、通孔。
具体实施方式
[0025]以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。
[0026]实施例1
[0027]如图1所示，一种甲烷高温辅助制合成气的电解池，包括：
[0028]阴极极板1、阴极层2、复合电解质层3、阳极层4、阳极极板5和直流电源6；
[0029]阴极极板1、阴极层2、复合电解质层3、阳极层4和阳极极板5依次布置；直流电源6的正极接阳极层4，直流电源6的负极接阴极层2；阴极极板1上设置阴极出气口110和两个阴极进气口120，当然，阴极极板1上所设置的阴极进气口120的数量也可以大于两个，具体根据实际需求决定，阴极进气口120的数量至少为一个即可；两个阴极进气口120分别进气二氧化碳和氧气；阳极极板5上设置阳极出气口510和阳极进气口520，阳极出气口510和阳极进气口520的数量均至少为一个，阳极进气口520进气为甲烷；
[0030]两个阴极进气口120分别进气二氧化碳和氧气，二氧化碳和氧气在阴极层2得到电子，电解作用下生成碳酸根离子，同时碳酸根离子于复合电解质层3内在高温环境中不稳定，分解生成二氧化碳和氧离子，氧离子传导至阳极层4，与阳极进气口520所通入的甲烷反应生成合成气，并失去电子，化学反应式为：
[0031]O2‑
+CH4→
2H2+CO+2e
‑
[0032]因此，可实现二氧化碳和甲烷气体的转化，实现温室气体的重复利用。
[0033]实施例2
[0034]如图1所示，本实施例为在实施例1的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
[0035]复合电解质层3包括：氧离子传输层310和碳酸根离子传输层320，阴极层2、碳酸根离子传输层320、氧离子传输层310和阳极层4依次布置；阴极层2所产生的碳酸根离子进入碳酸根离子传输层320，碳酸根离子在碳酸根离子传输层320中传输时，由于碳酸根离子在高温环境下不稳定，很容易分解成二氧化碳和氧离子；所产生的氧离子进入氧离子传输层310，并到达阳极层4表面，与甲烷参加化学反应。
[0036]实施例3
[0037]如图1所示，本实施例为在实施例2的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
[0038]碳酸根离子传输层320为镧锶镓镁
‑
碳酸盐电解质层；
[0039]镧锶镓镁
‑
碳酸盐电解质层采用如下方法制备而成，将碳酸盐通过浸渍法进入镧锶镓镁中，得到致密电解质层，具体如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷高温辅助制合成气的电解池，其特征在于，包括：阴极极板（1）、阴极层（2）、复合电解质层（3）、阳极层（4）、阳极极板（5）和直流电源（6），所述阴极极板（1）、阴极层（2）、复合电解质层（3）、阳极层（4）和阳极极板（5）依次布置；所述直流电源（6）的正负极分别接阳极层（4）和阴极层（2），所述阴极极板（1）上设置阴极出气口（110）和两个阴极进气口（120），两个阴极进气口（120）分别进气二氧化碳和氧气；所述阳极极板（5）上设置阳极出气口（510）和阳极进气口（520），所述阳极进气口（520）进气为甲烷。2.根据权利要求1所述的一种甲烷高温辅助制合成气的电解池，其特征在于：所述复合电解质层（3）包括：氧离子传输层（310）和碳酸根离子传输层（320），所述阴极层（2）、碳酸根离子传输层（320）、氧离子传输层（310）和阳极层（4）依次布置。3.根据权利要求2所述的一种甲烷高温辅助制合成气的电解池，其特征在于：所述碳酸根离子传输层（320）为镧锶镓镁
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖巍，万婷婷，吴田，周静，王景，
申请(专利权)人：默特瑞武汉科技有限公司，
类型：新型
国别省市：